天地一体化互联网络中航天器网关的设计及实现

当前空间通信的发展趋势是空间通信网与地面通信网融合,建立天地一体化互联网络的信息传输系统。针对空间数据系统咨询委员会(CCSDS)推荐的基于CCSDS空间链路承载网际协议业务(IP over CCSDS)网关协议转换技术,文章提出一种实现天地一体化互联网络的航天器网关的设计思路,即通过研制航天器网关实现IP协议与CCSDS高级在轨系统(AOS)空间数据链路协议的相互转换,并对服务质量(QoS)保证方法进行了设计。针对航天器网络搭建了测试系统平台,并对高清图像、高质量话音、计算机数据和遥测数据等网络数据的传输进行了测试,测试中通过航天器网关进行传输的所有网络数据包均无丢帧现象发生,文章提出的IP over CCSDS网关可用于构建天地一体化互联网络。     

天地信息网络协议融合技术综述

天地信息网络融合可以实现空间与地面网络资源的充分共享和高效利用，国内外已提出多种天地一体化信息网络架构并从不同角度进行理论研究和关键技术攻关。面向CCSDS数据系统体制与空间通信协议规范（SCPS），在分析CCSDS协议体系结构及其应用发展基础上，讨论卫星链路应用TCP/IP的问题与关键机制，并综述星地一体化协议IPoC（IP over CCSDS）的技术研发与仿真研究进展。通过分析空间CCSDS协议体系与地面IP网络机制，为天地信息网络融合系统设计与网络协议研究提供参考。     

CCSDS遥测遥控空间数据系统通信协议及其应用

文章首先回顾了空间数据系统咨询委员会 (CCSDS)当前的遥测、遥控和高级在轨系统 (AOS)建议的结构 ,然后讨论了CCSDS重新构造的空间数据系统建议的结构 ,分析了重构建议的主要特点以及和先前建议体系的不同之处 ,详细介绍了空间包协议和空间数据链路协议。最后 ,举出重构建议与其它协议在端 -端的空间数据系统中运用的两例     

天地一体化网络中的航天器IP网络设计

为了将地面IP网络技术应用于航天器内部设备间的数据通信,并实现与地面站的互连,根据航天器与地面站之间通信链路的特点,提出一种IP网络协议体系结构,实现天地一体化网络通信。在航天器上采用以太网协议完成内部网络数据交换,配置天地网关设备完成与地面测控通信网络之间的IP包交换;地面测控通信网络采用计算机IP网络,并配套相应的天地网关设备,完成与航天器的IP包交换。根据航天器数据的特点,提出一种速率控制策略,优先传输控制数据,控制图像话音数据周期平均速率,控制试验数据IP包平均速率。地面仿真试验及实际系统测试结果表明:文章提出的航天器IP网络设计,适应航天器与地面站的通信链路,可直接应用于高、中、低轨航天器的天地一化网络通信,也可为后续月球、火星等探测任务提供参考。     

CCSDS遥测遥控空间数据系统通信协议及其应用

文章首先回顾了空间数据系统咨询委员会(CCSDS)当前的遥测、遥控和高级在轨系统(AOS)建议的结构，然后讨论了CCSDS重新构造的空间数据系统建议的结构，分析了重构建议的主要特点以及和先前建议体系的不同之处，详细介绍了空间包协议和空间数据链路协议。最后，举出重构建议与其它协议在端-端的空间数据系统中运用的两例。     

CCSDS邻近空间链路协议的初步探究

介绍了空间数据系统咨询委员会(CCSDS)制定的邻近空间链路协议的产生背景及发展现状。     

星载标准接口业务在航天器中的应用方法

对空间数据系统咨询委员会(CCSDS)星载标准接口业务(SOIS)的产生历史、研究现状以及体系结构进行了分析。针对中国航天器中星载接口协议不统一、设备和软件通用性差等问题,探讨了在中国航天器中如何应用SOIS标准。文章从星内节点协议配置、SOIS业务选择、与空间链路协议配合等方面,探讨了SOIS标准在中国航天器上的应用方法。应用SOIS标准,将有助于实现星载接口及协议的标准化,以及航天器上设备和软件的通用化。     

CCSDS邻近空间链路协议的初步探究

介绍了空间数据系统咨询委员会(CCSDS)制定的邻近空间链路协议的产生背景及发展现状.     

空间站空间因特网与空间通信链路设计

为改善在空间站长期值守的航天员的业务生活,提出建立空间站网吧,为航天员提供因特网服务的构想。为此分析研究空间站空间因特网服务系统及其关键技术,提出空间站空间因特网服务系统构建方案。结合这一系统构建方案,一是研究解决了支持复杂异构网络运行的空间因特网网络协议设计技术,空间站空间因特网直接采用TCP/IP协议,并通过系统设计,较好地克服了TCP/IP协议不能适应空间通信链路的难题,支持采用基于TCP/IP协议的商用货架(COTS)软、硬件产品,可明显降低空间站空间因特网服务系统建设与维护成本;二是研究解决了涉及空间站测控通信网运行安全和空间信息安全的空间通信链路设计技术,空间站在同一条空间通信链路同时传输空间因特网数据和空间站测控通信数据,空间通信链路采用CCSDS的AOS协议,并通过建立虚拟的物理信道,解决了空间因特网数据和空间站测控通信数据的安全隔离问题,能满足空间站测控通信网运行安全和空间信息安全的要求。     

基于CCSDS空间数据链路安全协议的星载遥控认证保护

在国际空间数据系统咨询委员会(CCSDS)规定的空间遥控系统数据传输体制下,对星载遥控认证保护进行了研究.选择了遥控数据认证保护层次,并设计了认证保护数据范围.针对上行遥控的认证保护机制与国际空间数据系统咨询委员会的空间遥控链路命令操作过程(COP-1)之间存在的"闭锁"风险,设计了重传请求保护机制.基于空间数据链路安...     

应用CCSDS空间数据链路安全协议的卫星遥控安全方案探讨

针对国内卫星遥控体制国际化的需求,结合已有的空间数据系统咨询委员会(CCSDS)遥控协议体系架构,设计了应用CCSDS空间数据链路安全协议(SDLS)的遥控安全方案。该方案选用认证和加密认证2种业务,并针对不同的遥控安全业务,分别设计了定制遥控帧格式、安全关联、算法管理及密钥管理业务。以目标机为核心搭建验证系统,通过2个典型应用场景验证遥控安全方案的可行性,结果表明:该方案可提高遥控安全系统的灵活性、可扩展性,并且能够有效保护密钥强度,延长密钥生命周期。遥控安全方案的设计及其在遥控单元中的实现,可为我国卫星遥控体制与国际接轨提供参考。     

航天器空间数据链路标准简析

空间数据链路协议是建立统一技术体制,促进航天机构合作,实现航天信息高效共享和充分利用的有效手段,因此研究并构建清晰合理的空间数据链路标准体系具有重大的现实意义。国外标准化组织构建了较为成熟的空间数据链路标准体系并编制了相关标准协议,文章介绍CCSDS （空间数据系统咨询委员会）、 ECSS （欧洲空间标准化合作组织）标准架构及标准内容,按照应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层的不同层次,简要介绍国外的空间数据链路协议标准,并对我国开展空间数据链路标准的研究提出相关建议。     

CCSDS统一空间数据链路协议应用分析

针对TM、TC、AOS、Proximity-1四种空间数据链路协议的应用局限性，对CCSDS（国际空间数据系统咨询委员会）提出的统一空间数据链路协议（Unified Space Data Link Protocol， USLP）规范进行分析，介绍了USLP传输帧主导头和数据域中各个字段的设计驱动，以及与其他空间数据链路协议的差异。对于服务数据单元信道复用传输需求，梳理了物理信道、主信道、虚拟信道、多路复用访问信道的服务类型，明确了数据传输服务、信道复用、信道标识、服务数据单元之间的关联关系。以遥测遥控数据空间链路传输为例，分析了USLP的适用性和推荐设置。     

近距空间链路通信协议及其软件实现

为实现航天器间的近距通信,CCSDS提出近距空间链路通信协议.分析近距空间链路通信协议的应用场景、协议结构、协议特点及其通信流程,研究协议仿真软件的实现方法,提出基于C/C++语言的软件实现方案,使用MFC平台实现人机交互界面.该仿真软件实现了对协议通信流程的完备仿真,提供各个通信参数配置接口,作为仿真平台为应用层协议...     

一种航天器综合电子系统业务及协议体系架构设计

对航天器综合电子系统的通用功能需求进行分析,设计了基于空间数据系统咨询委员会(CCSDS)标准和欧洲空间标准化合作组织(ECSS)标准的综合电子系统业务及协议体系架构。体系架构包含应用层、应用支持层、传送层和亚网层,可通过各层的业务及协议组合实现系统功能。从标准业务及协议的选择过程、业务及协议体系架构设计、解决的关键技术问题等方面进行详细阐述。该体系架构可为航天器的智能化和网络化提供技术支撑,实现器载接口及协议的标准化,促进航天器设备和软件的通用化,并为航天器提供更为灵活、强大的功能。     

智能天地一体化网络的卫星跟踪测控技术综述

随着卫星互联网和我国航天测控技术的不断进步,航天测控网络朝着智能化、一体化的方向发展,在自主测控、资源分配等方面进展良好。因此,建立智能天地一体化的航天测控网是我国航天未来发展的重要目标。针对智能航天测控网中的跟踪测轨、遥测和遥控三个方面,分别介绍了相关原理与技术。同时,结合CCSDS提出的空间数据链路标准协议详细介绍了TM、TC、AOS、Proximity-1以及USLP标准,分析了不同标准所使用的技术与实际应用。本文从数据链路层和物理层的角度介绍了智能航天测控系统的工作原理及技术要求,为我国智能天地一体化卫星测控通信网的研究提供参考并予以展望。     

基于GEO通信卫星的低轨航天器数据通信协议研究

在分析传统低轨航天器数据传输方式的基础上,提出了一种基于地球静止轨道(GEO)通信卫星数据传输的网络结构及相应的双协议栈设计。该网络结构根据低轨航天器特点及双层卫星网络的优势,在低轨航天器上设计双协议栈,即低轨航天器与地面站之间的链路使用空间通信协议标准-传输协议(SCPS-TP),低轨航天器与通信卫星之间的链路使用利克里德传输协议(LTP)。同时,整个网络中实现两个协议转换网关,即低轨航天器网关实现SCPS-TP协议与LTP协议之间的转换,地面网关实现SCPS-TP协议与传输控制协议(TCP)协议之间的转换。仿真结果表明:低轨航天器采取双协议栈(SCPS-TP/LTP)的传输速率优于单一采取TCP协议,可为低轨航天器的数据传输任务应用提供技术基础。     

异步消息业务在星内星间一体化网络中应用的分析

传统的航天器信息交互机制逐渐难以适应具有更高复杂性和动态性的航天器信息网络和应用需求。文章针对航天器内部及之间信息交换关系日益复杂的发展趋势,将空间数据系统咨询委员会(CCSDS)建议的异步消息业务的主要机制和属性与空间信息系统网络化特点相结合开展分析研究工作,研究异步消息业务应用于星内星间一体化网络中的特点和优势,给出基于异步消息业务解决上层应用需求和网络结构动态变化典型问题的方案和示例,阐述了异步消息业务对高动态星间网络的支持效果。研究结果表明,异步消息业务可以解决星内星间一体化网络复杂性和动态性两方面问题。最后对异步消息业务在航天器上的工程应用与实现提出了建议。     

中国首份CCSDS标准建议书编制及应用

2021年11月,空间数据系统咨询委员会(CCSDS)橘皮书《作为CCSDS星载参考体系结构的CAST飞行软件》(CCSDS 811.1-O-1)正式发布,这是CCSDS自1982年成立以来首份由中国主导编制的标准建议书。橘皮书中提出了空间和星内一体化网络协议体系结构,以及与之配套的一种灵活而统一的飞行软件体系结构“伏羲”,设计了可重用构件化软件中间件,给出了具体的工程实现方法。软件中间件已在某遥感卫星中应用,软件构件化率高达70%,并可推广应用至其他航天器。中国承担橘皮书的编制工作,离不开长时间的技术攻关和积累,离不开在国际组织会议中的积极参与。该橘皮书的发布,标志着中国在CCSDS的角色由观察者向标准的制定者转变迈出了关键性的一步。     

基于CCSDS标准的卫星遥控LDPC编码方案探讨

随着天地一体化及遥控可靠性需求的不断提高,传统卫星遥控标准中广泛采用的BCH码很难满足未来卫星遥控链路复杂多样的需求。为此,文章将卫星遥控指令分为短指令模式和内存上注指令模式两大类,设计低密度奇偶校验(LDPC)编码方案。对于帧长较短的遥控指令,采用3种码长较短的LDPC码,与目前空间数据系统咨询委员会(CCSDS)遥控标准推荐的BCH(63,56)码相比,在误码字率为10~(-5)量级时,可以额外获得4～6dB的增益。对于大数据量的内存上注指令,应用现有CCSDS遥测标准推荐的LDPC(8160,7136)编码方案,当误码字率为10~(-5)量级时,所需信噪比(Eb/N0)约为3.8dB,编码增益约为7dB。为了实现LDPC编码方案,文章设计了与BCH码相似的协议格式,改动量较小且具有良好的兼容性,不会对已有遥控系统产生影响。译码方案采用并行的FPGA译码器架构及最小和译码算法,其译码复杂度较低,硬件实现资源占用较少,具有可行性。